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挑战杯大学生课外学术科技作品竞赛获奖作品范文示范.pdf

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~ 新型油井远程监控装置简介 1、功能概述.....................................................................1 2、应用前景....................................................................10 3、系统设计创意................................................................11 4、项目实现介绍................................................................13 5、团队及设计过程..............................................................13 6、小结........................................................................15 1、功能概述 系统包括硬件电路设计和GSM油井监控软件设计两部分。其中硬件电路设计包 括监测终端和监控中心两部分，监测终端包括GSM通信模块SIM900A及其驱动电路、 32bitARM微处理器STM32F103RBT6、供电电路和传感器的数据采集与处理电路, 继电器控制电路；监控中心包括SIM900A及其驱动电路、STM32F103RBT6单片机、 供电电路、报警处理电路，并通过RS232连接至监控计算机。监测终端和监控中心 的ARM微处理器软件设计包括GSM通信模块的发送与接受主程序、通过串口的短消 息接收和发送等程序，监测终端还包括RS-485总线程序、CAN总线程序、继电器控 制程序、传感器的数据采集与处理程序。GSM油井监控软件采用LABVIEW编写，具 有报警显示、图表监视器、统计图表、打印报表等多个功能。系统框图如图1. ~ 图1系统应用框图 ~ MCU微控制单元JTAG程序下载 （STM32F103RBT6）机调试接口 CAN总线单元 2）油井 （SN65HVD230） GSM监控 终端与PC 串行通信 单元 继电器组RS_485总单元 （固态继电(MAX487) SP1117- 3.3 提供 3.3V电 源 MP2143射频天线接口 提供4V电 源给GSM模 块 GSM模块 （SIM900a） 图2装置硬件实物 ~ 1）MCU微控制单元（STM32F103RBT6） 图3MCU微控制单元 MCU微控制单元采用STM32F103RBT6，它使用高性能的ARM-CortexM332bit的 RISC内核，内置高速存储器，工作频率为36MHZ,CPU能以零等待周期访问（读/写）， 丰富的增强型外设和IO端口连接到两条APB外围总线外设。所有型号的器件都包含 一个12bit的ADC和3个通用的16bit定时器、还包含标准的通信接口,2个I2C接 口、2个SPI、3个USART、一个CAN.设计时，采用STM32F103RBT6可以方便实现接 入传感器信号，其工作电压为2.0V~3.6V的工作电压能够满足MCU和GPRS模块直接 相连的需要，而无需电平转换，一系列的省电模式满足低功耗应用的需求。 ~ 2）油井控制单元与油井各设备之间串行通信单元(MAX487) 图4MAX487原理图 单片机组成的多机通信系统，具有灵活的功能和性价比，在工业测控领域应用 十分广泛，但是单片机收发的都是TTL电平，驱动能力和抗干扰性有限，无法进行 “长线”通信。实用中常配合总线互联。RS485总线就是其中一种，RS485既是物 理层的协议标准，也是串行通信接口的电器标准，用此标准可以很方便地把计算机、 单片机和各种设备连接起来，构成测控系统。RS485总线是平衡差分传输，抗干 扰性好，最远可传输1200米，最多可互联128个单片机，很适合多机通信。通信 芯片采用MAXIM公司生产的MAX487，该芯片是RS485通讯的低功耗收发器件，它 含有一个驱动器和一个接收器，最大可连接128个子系统，最远传输距离1200米， 传输速度可达250KB／s。可采用半双工方式，适合在比较恶劣的环境下工作，在油 井现场，有很大的实用价值。 ~ 3）油井GSM监控终端与PC串行通信单元（MAX3232） 图5MAX3232串行通信单元 系统采用的是RS-232串行通信进行监控中心与监控计算机通讯。RS-232 是目前PC机与通信工业中应用最为广泛的一种串行接口，RS-232被定义为一